Printer Friendly

Sondeos magnetoteluricos de banda ancha (BMT) para el estudio del acuifero transfronterizo de Zarumilla, Ecuador-Peru.

Introduccion

Existen varios estudios geologicos en la zona acerca de la evolucion tectonica a lo largo de la trinchera Peru-Ecuador, asi como del origen de las cuencas Terciarias en las costas de ambos paises (p.e. Steimann et al., 1999; Jaillard et al., 1995; Marocco et al., 1995; Bourgeois et al., 1990). Entre los resultados relevantes que se pueden encontrar en dichos estudios es que las cuencas sedimentarias del sur de Ecuador y norte de Peru se desarrollaron en dos etapas.

La primera fue la Etapa de la costa Pacifica, en la que la sedimentacion ocurrio sobre una gran superficie cercana al nivel del mar entre los 15 y 9.5Ma y cuya fuente predominante fue la cordillera al Este. La segunda etapa inicia a partir de los 9.5Ma (Mioceno tardio) en la que la sedimentacion se restringe a pequenas cuencas remanentes de cuencas mas extensas. La sedimentacion en este caso es de origen continental cuya fuente predominante se encuentra al Oeste, en las cordilleras andinas. A esta fase se le conoce como la Etapa intramontana. Estas fases se asocian con periodos de deformacion compresional, con simultaneos periodos de erosion y enfriamiento. Se estima que el levantamiento que han experimentado algunas cuencas por efecto de la compresion inducida por la subduccion de la placa de Nazca es de mas de 2.5km.

La Figura 1 muestra de manera simplificada la configuracion tectonica actual de la zona, de donde se deduce que la complejidad estructural en la parte continental es debida a la subduccion de una corteza oceanica heterogenea. Como se puede observar, la direccion de la estructura principal de caracter regional en la corteza oceanica (Zona de fractura de Grijalva) es SO-NE, la cual se traslada a la corteza continental como la zona de megacizalla Guayaquil-Caracas, relacionada con la abertura del Golfo de Guayaquil. Por otro lado, la direccion de convergencia de la placa oceanica ha favorecido la exhumacion de terrenos marinos que ahora forman reservorios hidrologicos, y que ha sido simultanea al levantamiento de la corteza en la region del litoral Ecuatoriano-Peruano, fuente de sedimentos para los acuiferos costeros superficiales. La Figura 2 muestra con mayor detalle la geologia de la zona del entorno del Golfo de Guayaquil en donde se observan las principales cuencas Terciarias de la region asociadas al proceso tectonico descrito.

A partir de una paleo-reconstruccion continental, Steinmann (1997) y Hungerbuhler (1997) sugieren que en tiempos pre-miocenicos existieron en la zona fronteriza dos bahias, llamadas por ellos bahias de Cuenca y Loja, formadas como consecuencia de la interaccion (convergencia y divergencia) entre las placas oceanica y continental. A esta etapa del Mioceno se le conoce como Etapa de la Costa durante la cual hubo una incursion oceanica en la region de Zarumilla al mismo tiempo que ocurrio un periodo de abundante sedimentacion de origen aluvial. Posteriormente, durante el Mioceno Medio se iniciaron los esfuerzos de compresion tectonica en el sur de Ecuador que provocaron la inversion de las cuencas, al mismo tiempo que ocurria el levantamiento de la Cordillera Occidental lo que resulto en las disconformidades sedimentarias observadas entre los depositos de la costa y los de las cuencas inter-montanas. A esta se le conoce como Etapa Intermontana. Esta etapa coincidio con la abertura de la cuenca Jambeli-Tumbez que se formo presumiblemente como producto de una estructura pull-apart con desplazamiento de 100km hacia el norte del bloque marino a lo largo de la mega-cizalla Dolores Guayaquil (DGM).

[FIGURA 1 OMITIR]

[FIGURA 2 OMITIR]

La relevancia de esta revision de los procesos regionales que han ocurrido a lo largo de la historia geologica de la zona radica en el hecho de que algunas de las estructuras que se formaron durante el Mioceno, pueden seguir jugando un papel importante en la distribucion de los recursos hidrologicos en el area. Tal puede ser el caso de la paleo bahia de Cuenca, cuyos limites podrian sugerir alguna relacion espacial con la hidrologia actual sobre todo por las caracteristicas marinas de los depositos sedimentarios en dicha etapa.

Estudios previos

El reporte sobre la revision de la informacion geofisica en Tumbes, Peru (Vasquez, 2005) menciona la existencia de doce informes tecnicos de la zona acuifera de Zarumilla, seis de ellos realizados en el lado peruano y otros seis en el lado ecuatoriano. Los estudios del lado ecuatoriano son principalmente geofisicos, enfocados a la prospeccion de agua subterranea del acuifero somero, en tanto que los estudios provenientes del lado peruano son principalmente geologicos e hidrologicos enfocados a caracterizar el acuifero de Zarumilla. Aunque no se tuvo acceso a ellos, si a los resultados sintetizados en el reporte de la revision de Vasquez (2005) mencionado anteriormente. En dicho trabajo se concluye que las rocas pre-Cretacicas (Triasicas y del Paleozoico) constituyen el basamento hidrologico en la zona, en tanto que las rocas del Cenozoico (Paleogeno y Neogeno), incluyendo a los depositos Cuaternarios, constituirian los materiales de interes hidrologico en la zona. Es decir, que los acuiferos potenciales comprenden practicamente toda la columna estratigrafica desde el Cretacico al presente, aunque a la formacion de este ultimo periodo se le considere de menor importancia hidrologica. Por otro lado, Steinmann (1997) y Steinmann et al. (1999) llevaron a cabo fechamientos de la estratigrafia en diferentes cuencas Terciarias e investigaron las relaciones generales de fases ambientales (o facies) de sedimentacion tambien en la zona costera del sur de Ecuador, la secuencia estratigrafica se muestra en la Figura 3, en donde se observa la estratigrafia de las principales cuencas Terciarias de la zona.

De acuerdo con la descripcion de la Figura 3, el basamento pre-Cretacico en la zona fronteriza de Zarumilla esta constituido por rocas metamorficas continentales a las que le sobreyacen depositos Cretacicos de rocas volcanicas basicas de origen marino, sobre las cuales se encuentran en relacion discordante, depositos de turbiditas y otras series sedimentarias de talud a su vez cubiertas por mas depositos de basaltos marinos de basicos a intermedios. Segun esta informacion, la unidad de mayor interes hidrologico se encontraria en los depositos de una fase fluvial que corresponde al Eoceno temprano a medio (en vez del rango mas amplio que comprende el Paleogeno) la cual se encuentra ubicada sobre los depositos volcanicos de origen marino.

Del Eoceno medio al Oligoceno define una secuencia de productos volcanicos como piroclastos y depositos de rocas acidas a intermedias aparentemente de origen continental, que en principio, constituyen tambien reservorios hidrologicos potenciales, en tanto que la unidad de turbiditas por otro lado, jugaria el papel de acuitardo o basamento hidrologico, separando probablemente dos tipos de acuiferos independientes. La parte mas superficial de la secuencia, la constituyen depositos cuaternarios continentales separados por un hiatus de los depositos volcanicos de caida.

Por otro lado, Coello (2003) define las principales formaciones hidrologicas en la cuenca del rio Zarumilla a partir de informacion litologica proveniente de pozos. Segun dicha informacion, las formaciones del Cuaternario Q1 y Q2 correspondientes a depositos fluviales y marinos respectivamente, y los depositos del Neogeno, o Ng, que de acuerdo a Steinmann et al. (1999) serian mas bien del Paleogeno identificadas por lo tanto con productos de origen continental como piroclastos y deposi tos de rocas acidas a intermedias, serian las principales unidades acuiferas de la zona de estudio. Las profundidades de extraccion de estas formaciones varian entre 10 y 15m, 30 y 130m, y 150 a 180m para Q1, Q2 y Ng respectivamente cuyos rangos de conductividad hidraulica varian entre 8.6 y 26.2m/d para Q1; 1.5 y 4.7m/d para Q2; 0.2 y 2.5m/d para Ng de acuerdo a 19 pruebas de bombeo reportadas. El autor proporciona tambien las resistividades de los diferentes tipos de agua medidas en dichos acuiferos las cuales se reproducen en la Tabla 1.

[FIGURA 3 OMITIR]

Sondeos audio-magnetoteluricos

El metodo magnetotelurico se basa en la interpretacion de mediciones en superficie de los campos electrico y magnetico generados por corrientes terrestres naturales que fluyen por el subsuelo. La medicion de estos campos electrico y magnetico naturales permite estimar la resistividad electrica del subsuelo en funcion de la frecuencia y posteriormente en funcion de la profundidad a traves de algoritmos de inversion de datos.

Los sondeos audio-magnetoteluricos (AMT) y magnetoteluricos (MT) se usan en general para diferentes propositos separadamente. Los sondeos AMT se utilizan para la prospeccion de objetivos a profundidades medias, por ejemplo de origen mineral o mas recientemente en la prospeccion de acuiferos someros o profundos (>400m), en tanto que los sondeos MT se utilizan para objetivos que rebasan los 1000m, originalmente en estudios relacionados con la exploracion de recursos petroleros pero mayormente para estudios de corteza superior e intermedia. En el presente trabajo, hemos realizado sondeos coincidentes AMT+MT para abarcar un espectro de frecuencias de campo natural que va de 104 a [10.sup.-1] hz, lo cual garantiza la profundidad de exploracion necesaria para alcanzar el basamento hidrologico de la zona de interes, ademas de que se obtiene el detalle del subsuelo desde los estratos mas superficiales.

Este tipo de sondeos requiere la medicion de las componentes horizontales [E.sub.x], [E.sub.y] del campo electrico y [H.sub.x], [H.sub.y] del campo magnetico naturales en el rango de frecuencias mencionado. A partir de los valores medidos en campo durante un periodo que va de 2 horas (rango AMT) hasta 24 horas o mas (rango MT) se obtienen series de tiempo de las variaciones de estos campos que una vez transformadas al dominio de la frecuencia se relacionan entre si a traves del tensor de impedancia Z, de la siguiente forma:

[MATHEMATICAL EXPRESSION NOT REPRODUCIBLE IN ASCII] (1)

El tensor de impedancia Z proporciona informacion del subsuelo en funcion de la frecuencia por lo cual se le considera como la funcion respuesta del medio. A partir de sus elementos Zij es posible definir las resistividades aparentes y las diferencias de fase entre E y H. Estrictamente hablando, los cuatro elementos complejos del tensor definen igual numero de resistividades aparentes y fases para un medio estructuralmente complejo. Sin embargo, es posible simplificar Z cuando el medio geologico se puede aproximar a un medio bidimensional (2D) o unidimensional (1D). El primer caso corresponderia a un ambiente geologico en el que prevaleciera una estructura de caracter regional con una orientacion preferencial (p.e. un contacto geologico) mientras que el segundo a un medio estratificado. Para ambos casos los elementos de la diagonal de Z son nulos mientras que [Z.sub.xy] [desigual a] [Z.sub.yx] para el caso 2D y Zxy = Zyx para el medio estratificado. Es decir, para el caso 2D se definen dos resistividades aparentes y dos fases, cuando uno de los ejes del sistema coordenado de medicion de Z coincide con la direccion de la estructura regional, dadas por las expresiones (Vozoff, 1991):

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII] (2a)

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII] (2b)

en donde [C.sub.1] y [C.sub.2] son constantes que representan factores de corrimiento estatico de las curvas de resistividad por efecto de diferencias en la resistencia de contacto de los dipolos electricos utilizados para medir el campo electrico. Las unidades de la resistividad aparente [[rho].sub.ij] y de la fase [[fi].sub.ij] son ohm-m y grados respectivamente. En las ecuaciones 2a y 2b, [omega] = 2[pi]f, en donde f es la frecuencia de exploracion en hertz y [[my].sub.0] es la permeabilidad magnetica cuyo valor constante es igual a 4[pi]x[10.sup.-7]H/m. En el caso de un medio predominantemente estratificado sin mayores complicaciones estructurales tanto la resistividad aparente como la fase son las mismas en cualquier direccion horizontal y por lo tanto estaran dadas por solo una de estas ecuaciones, sin embargo, es mas conveniente utilizar las expresiones promedio (Berchichevsky y Dmitriev, 1976):

[EXPRESION MATEMATICA IRREPRODUCIBLE EN ASCII] (3)

en donde Det Z([omega]) = [Z.sub.xx] [Z.sub.yy] - [Z.sub.xy] [Z.sub.yx], debido a que los datos pueden tener variaciones locales que son promediadas utilizando el determinante ademas de que estas expresiones son invariantes a las rotaciones, es decir, no dependen del sistema de referencia de medicion.

Adquisicion de datos

Se midieron un total de 13 sondeos magnetoteluricos realizados en cada uno de los sitios previamente seleccionados. La ubicacion de los sondeos se muestra en la Figura 4. Los sitios fueron escogidos de tal forma que los datos adquiridos proporcionaran la mayor informacion posible de la zona acuifera de Zarumilla, particularmente del area en la que ocurre la mayor explotacion del acuifero y su entorno. Cada sondeo se llevo a cabo en dos partes, la primera corresponde a la adquisicion en el rango de alta frecuencia (104 a 1Hz) en tanto que la segunda se llevo a cabo en el rango de frecuencias medias y bajas (10 a [10.sup.-1]Hz). Previo a la medicion y solo al inicio del trabajo de campo se realizo una calibracion del instrumento asi como del conjunto de sensores magneticos utilizados. El equipo utilizado fue un Phoenix modelo MTU-2000, que se complementa con seis sensores magneticos (tres para AMT y tres para MT) y cuatro tazas porosas que forman dos dipolos electricos y otra para conexion a tierra del instrumento. El trabajo de adquisicion de datos se realizo en dos etapas. La primera se llevo a cabo en territorio ecuatoriano, principalmente dentro de una reserva ecologica, por lo que la vegetacion es frondosa y los lugares disponibles se localizaron fundamentalmente en el entorno de los campamentos e instalaciones militares que existen. La segunda etapa se realizo en territorio peruano en una zona que se localiza al oeste de la ciudad de Tumbes, entre esta ciudad y la frontera con Ecuador.

[FIGURA 4 OMITIR]

[FIGURA 5 OMITIR]

[FIGURA 6 OMITIR]

Curvas de resistividad y fase

El procesado de los datos previo a la obtencion de las graficas de resistividad y fase consiste en la transformacion al dominio de las frecuencias de las series de tiempo registradas en el instrumento y en la estimacion del tensor de impedancia a partir de criterios estadisticos de minimizacion y de promedios en multi-ventanas previamente seleccionadas. De acuerdo a las ecuaciones (2a) y (2b), en cada sitio de medicion se obtienen dos curvas de resistividad y dos de fase en funcion de la frecuencia, las cuales representan dos direcciones de conduccion mutuamente perpendiculares. La Figura 5 muestra como ejemplo de las graficas de resistividad (recuadros superiores) y fase (recuadros inferiores) que corresponden a los sondeos E3 y P4, en donde los puntos rojos representan la respuesta electrica en la direccion NS en tanto que los puntos azules representan la respuesta en la direccion EW. Cuando una zona es geologicamente o estructuralmente simple, las respuestas electricas suelen ser semejantes, en caso contrario estas pueden ser muy diferentes entre si. De los 13 sondeos realizados, solamente uno de ellos (P3) muestra respuestas electricas muy diferentes en las dos direcciones perpendiculares, claramente afectadas por la distorsion EM como consecuencia de la presencia de una estructura geologica en el entorno del sitio. El resto de los sondeos tiene un comportamiento mas regular, que refleja relativamente poca distorsion EM del subsuelo por lo que se puede considerar que la zona de estudio proporciona una respuesta de un medio unidimensional estratificado. Este resultado se apoya ademas en valores bajos de skew y determinaciones inestables del strike electrico regional (Bahr, 1991).

Magnitud y direccion del tipper

Ademas de las graficas de resistividad y fase, se obtuvo el tipper en funcion de la frecuencia para cada sitio, el cual proporciona informacion independiente del subsuelo a partir de la relacion entre la componente vertical del campo magnetico [H.sub.z] y las componentes horizontales relacionadas por la expresion:

[H.sub.z] = A x [H.sub.x] + B x [H.sub.y] (4)

donde A y B son parametros complejos de los cuales se obtienen expresiones para la magnitud (I) y direccion (p) de los vectores de induccion o tipper dadas por (Vozoff, 1991):

I = [([A.sup.2] + [B.sup.2]).sup.1/2] [beta] [tan.sup.1]B/A (5)

Las variaciones de la magnitud y direccion del tipper se relacionan a la presencia de cambios laterales de conductividad y por lo tanto a la posicion y extension de conductores en rangos de frecuencia especificos. Los vectores, segun la convencion de Parkinson (1959) apuntan hacia los conductores y su magnitud es mayor cuanto mayor sean sus dimensiones o mas cercanos se encuentren del punto de medicion. Si no existen conductores laterales, la magnitud de [H.sub.z] es cero, lo cual es un criterio adicional para definir si un medio es o no unidimensional en un rango de frecuencias especifico. En el caso de la zona estudiada, varios sondeos presentan variaciones significativas en la magnitud del tipper aunque en solo uno de ellos (E3) dicha variacion ocurre en un rango amplio de frecuencias. En el resto de los sondeos solo se manifiesta en frecuencias especificas. La Figura 6 muestra un ejemplo de la variacion del azimut (T strike) y magnitud de este parametro (cuadros rojos en graficas inferiores) en los sitios de los sondeos E3 y P4. Las lineas punteadas horizontales de las graficas de azimut corresponden al promedio de la direccion de maxima amplitud del tipper. En este caso, la direccion de maxima amplitud en los sitios de los sondeos E3 y P4 apunta a -40[grados] y 80[grados] con respecto al norte y ocurre para periodos de 0.2 y 0.02s respectivamente. Los resultados del analisis del resto de los sondeos se muestran en la Tabla 2, en la cual se incluye tambien el resumen de varios parametros calculados para cada uno de los sondeos medidos. Entre otros, se estimo la profundidad de investigacion en cada sitio obtenida a partir de la expresion de skin depth (Vozoff, 1972), que depende de la conductividad superficial y de la mas baja frecuencia de la siguiente manera:

[delta] = [(2[[rho].sub.prom]/[[my].sub.0][omega]).sup.1/2] [congruente con] 503 [([[rho].sub.prom]/f).sup.1/2] (6)

donde [omega] = 2[pi]f es la frecuencia angular, [[my].sub.0] es la permeabilidad magnetica y pprom es la resistividad aparente promedio del subsuelo. La Figura 7 muestra las direcciones del tipper correspondientes a profundidades mayores a los 700 metros, cuya direccion apunta hacia posibles estructuras conductoras orientadas perpendicularmente a estos y representadas por lineas punteadas color rojo en la misma figura. La ausencia de vectores en varios sondeos indica que su magnitud es cero a los periodos correspondientes a 700 metros de profundidad o mayores. Se asume que las estructuras interpretadas con las lineas punteadas corresponden a contactos geologicos cuya direccion es consistente con la direccion de las estructuras regionales (p.e. Figura 1), y probablemente tengan influencia en la direccion del flujo subterraneo del acuifero.

Inversiones 1d y diagramas de bloques

Los modelos unidimensionales de los sondeos fueron obtenidos a partir de la inversion del invariante de la resistividad y de la fase (Ec. 3) que se caracteriza por ser independiente de la direccion de la estructura regional y proporcionan un promedio de las dos respuestas electricas perpendiculares (o modos de polarizacion). La Figura 8 muestra los modelos de profundidad de los sondeos E3 y P4 y el ajuste a las curvas de resistividad y fase del invariante. Adicionalmente, se calculo el modelo de profundidad suavizado para cada sondeo utilizando un algoritmo tipo Occam (Constable et al., 1987) que consta de un numero mayor de capas. Entre los rasgos que sobresalen de las curvas de campo es una capa superficial conductora (~10ohm-m) presente en toda la zona de estudio, que en algunos casos es aun mas conductiva a profundidad (E5, P1, P2, P4, P6, P7 y P8) para luego incrementarse por efecto de la presencia de un estrato mas resistivo. En algunos de los sondeos la presencia del basamento es clara (E3, E4, E6, E7, P1, P3, P4 y P5) pero no en otros (P2, P6, P8 y E5). Por otro lado, en la mayor parte de las curvas es posible distinguir una secuencia de estratos que alterna de resistivos a conductivos y luego a moderadamente resistivos pasando a conductivos o muy conductivos y finalmente a resistivos. Esta alternancia se asocia cualitativamente a la secuencia sedimentaria del Cuaternario-Neogeno-Paleogeno y basamento respectivamente que se reproduce en los modelos de profundidad deducidos de las inversiones del invariante realizadas a los 13 sondeos, de donde se obtuvieron los resultados que se muestran en forma resumida en la Tabla 3.

[FIGURA 7 OMITIR]

[FIGURA 8 OMITIR]

En la Tabla 3 se han puesto entre comillas las formaciones del Neogeno (Ng) y Paleogeno (Pg) debido a que no necesariamente corresponden a los limites temporales de estas formaciones geologicas. Lo que las caracteriza y distingue son los valores de resistividad, mayores en la unidad Ng, los cuales pueden estar vinculados a cambios de facies que no necesariamente corresponden a dichos limites. En este contexto, lo que aqui se ha llamado la formacion Ng de hecho se puede asociar a un sistema acuifero que por los valores de resistividad moderada podria sugerir que la calidad del agua es razonablemente buena y por lo tanto una fuente potencial de suministro. En contraste, el estrato Pg sugiere que esta unidad que se encuentra subyaciendo al acuifero Ng, esta probablemente saturada con agua de origen marino ya que presenta consistentemente valores muy bajos de la resistividad electrica.

Por otro lado, de los resultados de las inversiones se hacen evidentes las irregularidades que existen en el basamento de la zona estudiada que no pueden ser atribuidas a corrimiento estatico debido a que este resulto practicamente inexistente. Las variaciones de la profundidad al techo de esta unidad que se considera de edad cretacica, van desde los 150 a los mas de 1700 metros. La Figura 9 muestra el modelo estructural del basamento en diferentes perspectivas deducido de dichas inversiones junto con los datos de pozos disponibles (Vasquez, 2005). Como se puede observar de la Figura 9, es posible diferenciar la geometria de las principales formaciones interpretadas que constituyen el subsuelo de la zona de estudio. Por ejemplo, la Figura 9a muestra un mayor espesor de la formacion Pg y por lo tanto mayor profundidad al basamento en direccion NW, es decir hacia la costa. Las irregularidades observadas se explican en terminos de desplazamientos verticales ocurridos durante la historia tectonica en esta region e implica que existen fallas geologicas que en algun periodo fueron activas, las cuales se encuentran limitando a los diferentes bloques interpretados. En general las interfaces son irregulares y en particular, se aprecia una depresion del basamento en el entorno de los sondeos P1 y P7 que parece extenderse hacia la costa, en los alrededores del sondeo P8 en donde alcanza sus valores maximos. Es en esta region en donde los espesores de los depositos sedimentarios del Neogeno y del Paleogeno son mayores, sin embargo es precisamente en esta zona en donde se observan valores de resistividad muy bajos asociados a dichas formaciones, lo que es un indicio de la invasion de agua de origen marino. Estos contactos dividen en tres areas distintas la zona estudiada: la zona SE en donde el basamento es relativamente somero (500-600m); la zona NW que corresponde a la mas profunda de las tres, alcanzando valores mayores a los 1700m; los altos estructurales en donde el basamento se encuentra mas proximo a la superficie y que parecen ser el limite de una cuenca de rellenos sedimentarios considerables (Figura 10).

Secciones de profundidad

Con el objeto de visualizar de manera mas clara las variaciones del basamento a lo largo y ancho de la zona acuifera de Zarumilla, se seleccionaron tres perfiles representativos para llevar a cabo una modelacion bidimensional a lo largo de los mismos utilizando el algoritmo de Rodi y Mackie (2001). Las inversiones se realizaron utilizando las curvas de resistividad y fase rotadas a los ejes principales e incorporando los modelos unidimensionales obtenidos previamente como modelos iniciales. Las dimensiones de las mallas de los modelos 2D fueron de 7x45 nodos para el Perfil 1, de 5x45 nodos para el Perfil 2 y de 4x45 nodos para el Perfil 3 y el numero de iteraciones se fijo en 100 para los tres perfiles. La Figura 10 muestra la ubicacion de dichos perfiles. El Perfil 1 incluye 7 sondeos y tiene una orientacion aproximadamente Oeste-Este. El Perfil 2 comprende 5 sondeos, tiene una orientacion aproximada Noroeste-Sureste y se ubica del lado peruano de la frontera. Por ultimo, el Perfil 3 incluye 4 sondeos y tambien tiene una orientacion NoroesteSureste pero comprende sondeos principalmente del lado ecuatoriano.

[FIGURA 9 OMITIR]

[FIGURA 10 OMITIR]

Los resultados obtenidos se muestran en la Figura 11, en donde se aprecia la ubicacion de las fallas inferidas a partir de la interpretacion del tipper y de los modelos de profundidad 1D del invariante. La exageracion vertical aproximada es 1:5. En la Figura se puede apreciar en el Perfil 1 una especie de depresion del basamento (en color azul oscuro), que corresponde a valores de mas de 70 ohm-m, y que ocurre entre la ubicacion de los sondeos P5 y E3 con profundidades de mas de 2000 m. Al Este del Rio Zarumilla, en territorio ecuatoriano, tambien se observa una depresion del basamento a lo largo de este mismo perfil, aunque menos pronunciada que la que se encuentra al Oeste del rio. La profundidad maxima interpretada del basamento en este sector es de alrededor de 1200 metros desde la superficie lo cual implica un potente espesor de sedimentos Cenozoicos preponderantemente conductivos. La posicion del sondeo E3 sugiere un alto estructural del basamento que a pesar de estar definido por un solo punto, la buena calidad de este sondeo proporciona confianza acerca de la veracidad de este resultado.

De acuerdo a la interpretacion de los datos del tipper, entre los sondeos P5 y P1 existe una falla geologica que es consistente con los resultados que se obtienen de la inversion 2D de los datos a lo largo de este perfil que muestra un desplazamiento vertical importante entre ambos sondeos. El resultado del Perfil 2 sugiere que en esta zona el basamento es mas conductivo, sin embargo el relleno sedimentario del Paleogeno presenta valores relativamente mas resistivos a profundidades mayores a los 300 metros aproximadamente bajo los sondeos P4 y P8, lo cual puede ser indicio de un acuifero no salobre en este sector. En particular, el sondeo P3, que detecta el basamento a una profundidad relativamente somera (~500m), parece estar afectado por la presencia de una falla muy cercana al sitio de medicion que resulta en un sondeo claramente afectado por distorsion EM. Tanto el modelo 2D como la interpretacion del tipper son consistentes en la existencia de dicha estructura. En este perfil los sondeos P6 y P8 muestran limites de penetracion de exploracion de 2500 y 1500 metros respectivamente. Por otro lado, el resultado del Perfil 3 muestra un basamento relativamente mas resistivo y buzando hacia la costa de manera mas suave que a lo largo del Perfil 2 y con un alto estructural alrededor del sondeo E3. El sondeo P8 a pesar de encontrarse en una zona limitrofe con el oceano muestra la existencia de una capa de resistividad intermedia y de un espesor considerable (>500m) que puede ser de interes hidrologico. A pesar de que los modelos bidimensionales representados en los perfiles de la Figura 11 proporcionar menos detalle que los obtenidos a partir de las inversiones unidimensionales (lineas continuas negras en Figura 10) dan una clara idea de la variacion litologica y vienen a confirmar los resultados de los modelos de capas, sobre todo el de la profundidad del basamento.

Conclusiones

El acuifero transfronterizo de Zarumilla presenta variaciones importantes tanto en la profundidad al basamento como en los espesores de las unidades potencialmente productivas. Entre los resultados mas relevantes que se deducen de este trabajo desde el punto de visto geohidrologico se encuentran los siguientes:

En la zona de estudio existe una familia de fallas en direccion SW-NE que puede estar condicionando la direccion de flujo subterraneo del sistema acuifero en su conjunto. Las fallas no tienen expresion superficial y aparentemente afectan al basamento que muestra importantes desplazamientos en el area de estudio, asi como a los rellenos del Paleogeno. Su origen se asocia a los esfuerzos de compresion y de extension tectonica en el sur de Ecuador que ocurrieron durante el Mioceno. Los resultados muestran que el basamento es mas somero hacia el Sureste, en donde se localiza a profundidades de entre 500 y 600 metros entre las poblaciones de Arenillas y Huaquillas. Las profundidades maximas detectadas se encuentran alrededor de los 1500 metros en el entorno del sitio P4, sin embargo en algunos puntos la profundidad puede ser incluso mayor (p.e. P8). Adicionalmente, existen dos altos estructurales detectados en el entorno de los sondeos E3 (150m) y P5 (250m) que definen una cuenca de potentes espesores de rellenos sedimentarios. De acuerdo con la informacion disponible, el basamento pre-Cretacico en la zona de estudio esta constituido por rocas metamorficas continentales y depositos Cretacicos de rocas volcanicas basicas de origen marino.

La formacion acuifera de mayor interes, identificada aqui como formacion "Ng" la cual corresponderia al acuifero intermedio de Zarumilla (AIZ), ha sido caracterizado principalmente por los valores moderados de resistividad electrica a partir de los modelos de profundidad de los sondeos. Esta unidad se encuentra ubicada entre dos estratos mas conductivos: uno superficial, que se identifica con los rellenos del Cuaternario, y otro que le subyace y que se asocia a depositos probablemente del Paleogeno inferior o del Cretacico superior. Segun los datos de Steinmann et al. (1999) el acuifero AIZ seria del Eoceno y estaria hospedado en una secuencia de productos volcanicos como piroclastos y depositos de rocas acidas a intermedias de origen continental y en depositos de origen fluvial. La interface electrica que separa al acuifero intermedio de Zarumilla de la unidad conductora que le subyace no necesariamente corresponde a la interfase entre dos interfaces geologicas o a una probable disconformidad sino mas probablemente obedece a un limite entre dos tipos de agua de calidades y niveles de saturacion diferentes. Es decir, se especula que en esta region costera en donde han ocurrido regresiones y transgresiones, la calidad del agua y la porosidad de las rocas del subsuelo controlan la estratigrafia electrica observada.

[FIGURA 11 OMITIR]

[FIGURA 12 OMITIR]

La profundidad del acuifero intermedio (AIZ) varia entre los 20 y 300 metros y su espesor varia desde unas cuantas decenas de metros (en E3) hasta varias centenas de metros, presentando los mayores espesores en la zona en donde la profundidad del basamento es mayor, es decir en el sector NW del area de estudio. En base a lo anterior, se recomienda llevar a cabo la perforacion experimental de un pozo profundo (>300m) que permita explorar tanto la calidad del agua como los niveles de saturacion del sistema acuifero intermedio (o AIZ) en un punto propicio. Independientemente de que para la localizacion especifica del punto de perforacion se requiera llevar a cabo un estudio geofisico-geohidrologico detallado que permita determinar el sitio con las mejores caracteristicas, se sugieren dos zonas propicias para este proposito (Figura 12): Zona A: Ubicada en el entorno de los sondeos P7 y P1. Esta zona se caracteriza por presentar importantes espesores de sedimentos (>500m) no conductores, lo cual es un indicio de probables niveles de saturacion de agua de buena calidad. Zona B: Ubicada en el entorno del sondeo E4. Aunque esta zona presenta menos potencia de espesores no conductivos (~200m) el acuifero es mas superficial. Adicionalmente, la cercania de la zona de falla sugiere buenas posibilidades de recarga natural.

Bibliografia

Bahr, K., 1991. Geological noise in magnetotelluric data: a classification of distortion types. Phys. Earth planet. Inter., 66, pp. 24-38.

Berchichevsky, M.N. y Dmitriev, V.I., 1976. Basic principles of interpretation of magnetotelluric curves. Geoelectric and Geothermal Studies, pp. 165-221, ed. Adam A., KAPG Geophysical Monograph, Budapest.

Bourgeois, J., Eguez, A., Butterlin, J., De Wever, P., 1990. Evolution geodynamique de la Cordille're occidentale des Andes e'quateur; la de'couverte de la formation eoce'ne d'Apagua, C. R. Acad. Sci. Ser. 311 (1), pp. 173-180.

Coello-Rubio X., 2003. Characterization of the Zarumilla transboundary aquifer between Peru and Ecuador, UNESCO-IHE, IAEA-WRP, PEBPT-Peru y PREDESUR-Ecuador, Presentacion PPT.

Constable, S.C., Parker R.L. y Constable C.G., 1987. Occam's inversion: A practical algorithm for generating smooth models from electromagnetic sounding data, Geophysics, 52, pp. 289-300.

Gutscher, M.A., Malavielle, J., Lallemand, S., Collot, J.Y., 1999. Tectonic segmentation of the North Andean margin: impact of the Carnegie Ridge collision, Earth and Planetary Science Letters 168, pp. 255-270.

Hungerbuhler, D., 1997. Tertiary basins in the Andes of southern Ecuador (3[degrees]0004[degrees]200): sedimentary evolution, deformation and regional tectonic implications. Tesis Doctoral, Institute of Geology, ETH Zurich, 182 pp.

Jaillard, E., Ordonez, M., Benitez, S., Berrones, G., Jimenez, N., Montenegro, G., Zambrano, I., 1995a. Basin development in an accretionary, oceanic-floored fore-arc setting: southern coastal Ecuador during Late Cretaceous-Late Eocene time, Am. Assoc. Pet. Geol. Mem., 62, pp. 615-631.

Marocco, R., Lavenu, A., Baudino, R., 1995. Intermontane Late PaleogeneNeogene basins of the Andes of Ecuador and Peru: sedimentologic and tectonic characteristics. In: Tankard, A.J., Suarez, R., Welsink, H.J. (Eds.), Petroleum Basins of South America, Am. Assoc. Pet. Geol. Mem., 62, pp. 597-613.

Parkinson, W.D., 1959, Direction of rapid geomagnetic fluctuations, Geophys. J. R. Astron. Soc., 2, 1-14.

Rodi, W.L. y Mackie, L.R., 2001. Nonlinear conjugate gradients algorithm for 2-D magnetotelluric inversion, Geophysics 66, pp. 174-187

Steinmann, M., 1997. The Cuenca Basin of Southern Ecuador: TectonoSedimentary History and the Tertiary Andean Evolution. Doctoral Thesis, Institute of Geology, ETH Zurich, p. 176.

Steinmann M., Hungerbuhler D., Seward D., y Winkler W., 1999. Neogene tectonic evolution and exhumation of the southern Ecuadorian Andes: a combined stratigraphy and fission-track approach, Tectonophysics, 307, pp. 255-276.

Vasquez L.E., 2005. Revision de informacion geofisica, Tumbes, Peru, Acuifero Zarumilla. End off Mision Report, IAEA-RLA/8/031 50 01. Internacional Atomic Energy Agency.

Vozoff, K., 1972. The magnetotelluric method in the exploration of sedimentary basins, Geophysics, 37, pp. 98-141.

--, 1991. The magnetotelluric method, Electromagnetic methods in Applied Geophysics, vol. 2. Applications. Soc. Exp. Geophys.

Jorge A. Arzate, Centro de Geociencias, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Queretaro, Mexico, correo electronico: arzatej@geociencias.unam.mx

Fernando Corbo, Posgrado en Ciencias de la Tierra, Universidad Nacional Autonoma de Mexico, Centro de Geociencias, Queretaro, Mexico.

Fernando Quirola, Secretaria Nacional del Agua, Direccion de Articulacion Territorial e Intersectorial, Machala, Ecuador.

Jaime Otiniano, Instituto Nacional de Desarrollo, Proyecto Binacional Puyango-Tumbes, Peru.

Luis Araguas, International Atomic Energy Agency, Section of Isotope Hydrology, Vienna, Austria.
Tabla 1
Resistividad de las formaciones acuiferas en la zona de estudio

Litologia               Tipo de agua      Resistividad
                                          (ohm-m)

Arena, arcilla, grava   salada, salobre   0 a 2
Arena, arcilla, grava   salobre           2 a 8
Arena y grava           semi-dulce        8 a 14
Arena y grava           dulce             14 a 64
Rocas metamorficas      dulce             >64

Fuente: Coello-Rubio, 2003.

Tabla 2
Sintesis de los resultados obtenidos del analisis del
tipper de los sondeos realizados. Adicionalmente, se
incluyen las profundidades maximas de investigacion
para cada sondeo a partir de la ecuacion (6) utilizando
las resistividades promedio de la 5a columna.
P1 y P7 no tienen tipper

Sondeo   Dimensionalidad   Prof.    Tipper
                           Max.      Max.
                           (km)      T(s)

E3       1D /2D            14.0       0.2
E4       1D/2D              6.5      0.02
E5       1D                 1.5     0.0007
E6       1D                 4.0      0.001
E7       1D/2D              6.5    1) 0.001
                                    2) 3.0
P1       1D                 2.5       --
P2       1D                 6.0        3
P3       2D                 12     1) 0.01
                                    2) 0.3
P4       1D                 3.5      0.02
P5       1D/2D             14.0    1) 0.02
                                   2) 0.25
P6       1D                 2.5       3.0
P7       1D                 6.5       --
P8       1D                 1.5       2.0

Sondeo     Rho      Prof.       Azimut
          prom.     Tipper      Tipper
         (ohm-m)   Max. (m)   ([grados])

E3         20        700         -40
E4          5        160         -45
E5          8         40         100
E6          6         40          35
E7          7         40         -40
           20        3800        130
P1         --         --          --
P2          4        1700        135
P3         10        160          0
           20        1200        -40
P4          4        140          80
P5         10        220         135
           20        1100        100
P6          3        1500        130
P7         --         --          --
P8          5        1580        135

Tabla 3

Sintesis de resultados obtenidos de la inversion
unidimensional de los sondeos realizados. La 2a y
3a columnas proporcionan respectivamente la
dimensionalidad de cada sondeo y la profundidad
teorica maxima alcanzada. Las siguientes tres
columnas proporcionan los espesores de las
formaciones Ng y Pg, asi como la profundidad al
techo del basamento

Sondeo   Dim.    Prof. teo. max.   Prof./res.
                 de exploracion       "Ng"
                      (km)         m (ohm-m)

E3       1D/2D   14.0              55-80 (35)
E4       1D/2D   6.5               20-200 (6)
E5 (a)      1D      1.5               120-? (20)
E6       1D      4.0               15-400 (10)
E7       1D/2D   6.5               40-350 (20)
P1       1D      2.5               60-500 (8)
P2       1D      6.0               35-600 (6)
P3 (b)   2D      12.0              40-500 (20)
P4 (c)   1D      3.5               300-1500 (60)
P5       1D/2D   14.0              70-250 (20)
P6 (d)   1D      2.5               20-500 (4)
P7       1D      6.5               100-900 (10)
P8       1D      1.5               180-200 (10)

Sondeo   Prof./res.        Prof./res.
             "Pg"          Basamento
         m (ohm-m)         m (ohm-m)

E3       80-150 (4)        150(400)
E4       200-600 (1.5)     600 (1000)
E5 (a)         --               --
E6       400-500 (3)       500 (400)
E7       350-600 (6)       600(>40)
P1       500-850 (6)       850 (70)
P2       600-1100 (<1)     1100 (35)
P3 (b)         --          500 (40)
P4 (c)   1500-1700 (2.5)   >1700 (20)
P5             --          250(>1000)
P6 (d)   500-700 (<1)           --
P7       900-1500 (2)      1500(>20)
P8       200-? (5)              --

(a) Profundidad maxima limitada por cuestiones tecnicas.

(b) Sondeo afectado por la cercania de una falla
sepultada, por lo cual la interpretacion 1D
no es una buena aproximacion.

(c) Importante espesor de sedimentos superficiales
(Q) muy conductivos.

(d) El Ng es conductor.
COPYRIGHT 2011 Instituto Panamericano de Geografica e Historia
No portion of this article can be reproduced without the express written permission from the copyright holder.
Copyright 2011 Gale, Cengage Learning. All rights reserved.

Article Details
Printer friendly Cite/link Email Feedback
Author:Arzate, Jorge A.; Corbo, Fernando; Quirola, Fernando; Otiniano, Jaime; Araguas, Luis
Publication:Revista Geofisica
Date:Jan 1, 2011
Words:6806
Previous Article:Nota editorial.
Next Article:Aplicacion de dos modelos de atenuacion a la falla La Cal, Mendoza, Argentina.
Topics:

Terms of use | Privacy policy | Copyright © 2019 Farlex, Inc. | Feedback | For webmasters